Международный коллектив астрофизиков при участии сотрудников Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» провел лабораторное моделирование приращения массы небесного тела путем гравитационного притяжения материи из окружающего космического пространства (аккреции). Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Изучение аккреции дает информацию об обмене массой, энергией и взаимном расположении между «собирающим» объектом и его окружением. Именно благодаря данному процессу формируются планетные системы вокруг звезд. Часто это происходит при образовании молодых звезд, а также в двойных системах, где, например, роль получателя материи играет черная дыра, а «донором» часто оказывается нейтронная звезда.

Окружающий материал (электронная плазма, «газ» из отдельных ионов и электронов) и молодая звезда связаны линиями магнитного поля, которое воздействует на частицы в составе плазмы, изменяя их траекторию и направляя к звезде на сверхзвуковых скоростях. Столкновение разогревает вещество до нескольких миллионов градусов, возникает избыточное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение в так называемой аккреционной колонне, в результате чего могут измениться физические и химические структуры вокруг молодой звезды.

Есть много ограничений, связанных с наблюдением и моделированием процессов в астрофизике. Например, при «живом» наблюдении за звездами и измерении различных параметров могут возникнуть расхождения в отношении одной и той же характеристики. Поэтому масштабные лабораторные эксперименты помогают изучить процессы аккреции с новой стороны.

В проведенном при участии сотрудников НИЯУ МИФИ исследовании была создана новая экспериментальная платформа, обеспечивающая однородность внешнего магнитного поля для максимального приближения к астрофизическим событиям. Результаты, полученные с помощью лабораторного подхода и использования новой платформы, дают первые прямые свидетельства образования оболочки плотной ионизированной плазмы, охватывающей центральную область притока вещества.

Исследователи показали, что вещество после столкновения объектов может выбрасываться наружу и снова фокусироваться магнитным полем в сторону налетающего потока. При этом формирование плазменной оболочки, окружающей возмущенное ядро, может привести к уменьшению выхода рентгеновского излучения. Эта находка объясняет возможную причину несоответствия измерений при аккреции вещества согласно оптическим и рентгеновским наблюдениям.

«Наши результаты подчеркивают необходимость правильного учета поглощения излучения в плазме для грамотного моделирования аккреционных процессов в молодых звездах. Разработанная нами лабораторная платформа также открывает исследование по ряду других вопросов. Например, изменяя ориентацию потока по отношению к магнитному полю, можно исследовать альтернативные каналы аккреции», — комментирует один из авторов статьи, сотрудник Института Лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Евгений Филиппов.